地浸采铀可更换式过滤器提升工具的改进

2022-11-11口文杰曹俊鹏唐学涛周源江

铀矿冶 2022年4期

口文杰，曹俊鹏，唐学涛，李妍，周源江

(中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古通辽 028000)

钻孔质量好坏决定着浸出剂能否与矿层中的铀矿物发生充分反应，在地浸采铀中有着重要的地位。在中国砂岩型铀资源开采初期，地浸钻孔主要采用填砾式钻孔结构[1]。通过对钻孔结构和施工工艺的探索，目前中国地浸钻孔广泛采用扩孔式钻孔结构，该结构可降低施工成本、提高成井质量[2]。

在生产运行过程中，当扩孔式钻孔的水量下降到一定程度时，常利用挂钩式工具将钻孔内的可更换过滤器逆向提升，并对钻孔进行洗井和更换过滤器。在提升过程中，存在部分过滤器上端引管受力后发生变形、与过滤器分离等现象，导致过滤器无法提升。为提高过滤器提升成功率，进行了过滤器提升工具设计和研究。

1 扩孔式钻孔结构

扩孔式钻孔采用“一径到底”的钻进方式，钻孔性能指标符合地浸开采的特殊需要，具有防砂、过滤器可更换等特点；并简化了施工工序，达到了钻孔施工“提质、增效、降耗”的目的[3]，扩孔式钻孔结构如图1所示。

1.1 可更换式过滤器结构

可更换式过滤器的结构自下而上依次为沉砂管、陶粒过滤器、固定装置、提升装置(以下简称引管)，各部分之间采用丝扣连接。可更换式过滤器具有透水性好、防砂性强、可更换、成本低、易于施工的优点，其结构如图2所示，主要技术参数见表1。

图1 扩孔式钻孔结构示意图Fig.1 Structure diagram of expanded hole drilling structure

图2 可更换式过滤器结构示意图Fig.2 Structure diagram of replaceable filter

表1 可更换式过滤器主要技术参数Table 1 Main technical parameters of replaceable filter

1.2 提升装置(引管)结构

引管是在管上端设置了“L”型卡扣的碳钢管或UPVC管，其结构如图3所示，主要技术参数见表2。

图3 引管“L”型卡扣结构示意图Fig.3 Structure diagram of “L”type snap of lead pipe

表2 引管主要技术参数Table 2 Main technical parameters of lead pipe

2 常规挂钩式过滤器提升工具

2.1 挂钩式提升工具

挂钩式提升工具是可更换式过滤器提升最常用的工具[4]。该提升工具主要通过引管上端的“L”型卡扣实现过滤器提升。挂钩式工具对于井内引管与过滤器连接完好且引管上端的“L”型卡扣未出现变形的钻孔过滤器提升，具有较好的提升效果。

挂钩式提升工具是在钻杆“接手”上加工2个夹角为180°的挂钩，利用挂钩将引管的“L”型卡扣挂牢，即可通过钻杆对过滤器实现下放和提升操作。挂钩式提升工具结构如图4所示，主要技术参数见表3。

图4 挂钩式提升工具示意图Fig.4 Schematic diagram of hook lifting tool

表3 挂钩式提升工具主要技术参数Table 3 Main technical parameters of hook lifting tool

2.2 挂钩式工具提升方法及存在的问题

挂钩式提升工具的使用方法：将已连接提升工具的钻杆下放至引管内部；使用管钳转动钻杆，使挂钩进入“L”型卡扣右侧；然后缓慢提升钻杆，将可更换式过滤器提升至井口。该提升工具具有制作简单、提升成功率高等优点。

在使用过程中，发现挂钩式提升工具存在以下问题：1)挂钩式工具在受力较大时，容易使引管“L”卡扣变形，导致挂钩与“L”型卡扣脱落，无法继续提升；2)个别钻孔由于引管与过滤器丝扣处连接不紧固，在提升受力时容易脱扣，导致引管与过滤器分离，无法进行提升；3)部分钻孔过滤器上端引管为UPVC材质，在受力较大时引管易出现破损断裂现象，无法继续提升。

3 过滤器提升工具的改进

针对部分过滤器上端引管受力后发生变形、破损断裂、与过滤器分离导致常规挂钩式工具无法成功提升过滤器的问题[5]，设计了套筒式、公锥式、倒刺式过滤器提升工具。

3.1 套筒式提升工具

针对挂钩式工具受力较大容易使引管“L”卡扣变形的问题，对挂钩式工具进行了改进，设计了套筒式提升工具。该工具是在钻杆下端焊接一个口径大于引管外径的套筒[6]，在套筒开口端内部沿套筒直径方向焊接一根横杆，利用横杆将引管的“L”型卡扣挂牢，即可通过钻杆对过滤器实现下放和提升操作，挂钩式提升工具结构如图5所示，主要技术参数见表4。

图5 套筒式提升工具结构示意图Fig.5 Structure schematic of sleeve lifting tool

表4 套筒式提升工具主要技术参数Table 4 Main technical parameters of sleeve lifting tool

套筒式提升工具的使用方法：将已连接提升工具的钻杆下放至引管处，使用套筒对引管进行包裹；使用管钳转动钻杆，将横杆旋转进入“L”型卡扣；然后缓慢提升钻杆，将可更换式过滤器提升至井口[7]。

该工具通过套筒对引管包裹，对“L”型卡扣起到了保护作用，有利于减小其变形程度，防止过滤器脱落。同时，由于套筒内径大于引管外径，因此该工具也可用于“L”型卡扣已变形过滤器的二次提升。

3.2 公锥式提升工具

针对引管与过滤器脱扣分离后无法提升的问题，设计了公锥式提升工具。该工具是在钻杆底端焊接1个导正卷筒，卷筒内部制作1个公锥[8]，利用造扣的方式实现井内过滤器的提升，公锥式提升工具如图6所示，主要技术参数见表5。

图6 公锥式提升工具结构示意图Fig.6 Schematic diagram of taper tap lifting tool

表5 公锥式提升工具主要技术参数Table 5 Main technical parameters of taper tap lifting tool

公锥式提升工具的使用方法：将已连接提升工具的钻杆下放至过滤器上端，晃动或转动钻杆，利用卷筒导正，使过滤器进入卷筒内；使用管钳顺时针转动钻杆，当有吃扣迹象时，则继续顺时针转动钻杆[9]，对碳钢管进行造扣；造扣成功后，缓慢提升钻杆，将过滤器提升至井口。

该工具利用公锥对过滤器碳钢管进行造扣，起到连接作用，实现对过滤器的提升，有效解决了引管脱扣后过滤器无法提升的问题，同时该工具也可实现对部分井内断裂钻杆的打捞。

3.3 倒刺式提升工具

针对UPVC材质引管破损断裂后过滤器无法提升的问题，设计了倒刺式提升工具。该工具是在钻杆“接手”上制作2个夹角为180°、可活动的倒刺[10]。由于过滤器碳钢管直径与接箍直径不同，因此倒刺在不同位置的张开角度不同。接箍直径大于碳钢管直径，连接处内部成“凹槽”状，提升时倒刺会钩住“凹槽”[11]，悬挂住过滤器，从而实现过滤器的提升。倒刺式提升工具结构如图7所示，主要技术参数见表6。